JP2013044211A - 道路体とインフラ設備 - Google Patents

Abstract

【課題】高さの想定できない大津波等の異常時においても可及的迅速にアクセスできるとともに確実に人命を救出することができ、平時においても有効に利用できることによって費用対効果に優れた道路と避難所を兼ねた道路体とこの道路体を具備するインフラ設備を提供する。
【解決手段】橋脚３０上に支承され、浮力Ｆが作用した際に橋脚３０との係合姿勢が解除される道路体１０であって、平時には道路として供用され、橋脚３０上まで水位が上昇して浮力Ｆが作用する異常時には橋脚３０から係合解除されて浮体となり、水害からの避難所に供される、道路と避難所を兼ねた道路体１０である。
【選択図】図５

Description

本発明は、高架構造や立体交差等の道路を構成する道路体とこの道路体を具備するインフラ設備に係り、特に、平時と津波等が襲来した異常時で用途を変更自在な道路体とこの道路体を具備するインフラ設備に関するものである。

2004年12月に発生したインドネシア西部スマトラ島北西沖のインド洋を震源とするスマトラ沖地震や、2011年3月に発生した日本の太平洋三陸沖を震源とする東北地方太平洋沖地震では、地震によって大津波が発生し、多数の人命が失われ、社会経済基盤の損失も甚大なものとなっている。

このような大津波に対して少なくとも人命を確保できる方策として、海岸線に高台を建設することを中心に、我が国においては国や地方自治体が議論を展開しているのが現状である。

そして、従来技術である特許文献１ではフロート式津波避難所にかかる技術が開示されており、より具体的には、地中に打ち込まれた支柱と、支柱の地上部分に設けられた避難台とからなる津波避難所であり、避難台を海面上に浮遊させることが可能なフロートを備え、このフロートの浮力によって支柱に沿って避難台が上昇する構成を具備するものである。

このようにフロート式津波避難所をたとえば海岸線に設けることにより、東北地方太平洋沖地震のような大規模な地震によって発生する大津波に対して多くの人命を救出することが可能となる。しかしながら、大津波を齎す大規模地震は数百年に一度といった頻度で発生することや、大規模地震以外でも発生する津波や高潮、大雨による洪水などの自然災害の際にこのフロート式津波避難所を使用できるとは言うものの、平時における用途は一切考慮されていないことなどを勘案すると、建設費や維持費とその利用性や経済性等に基づく費用対効果の点で大きな課題を有している。

また、上記する大津波においては、その高さが想定高さ以上となり得る一方で、特許文献１で開示される、フロートの浮力によって支柱に沿って避難台が上昇する構成では、想定以上の高さの大津波に対して避難台がその機能を発揮できないという致命的な課題がある。

以上のことから、地震による大津波や洪水といった自然災害に見舞われたいわゆる異常時においてその機能を十分に発揮することができ、しかも、平時においても有効に利用できることによって費用対効果に優れた避難施設の開発が望まれている。ここで、この異常時における避難施設の機能に関しては、特にその高さが特定できない大津波に対して、どのような高さの大津波が襲来した場合であっても人命の救出を図ることができるというのが主たる機能である。

加えて、緊急避難においては、高齢者や乳幼児を連れた子供や大人が可及的迅速に避難施設に到達できることが極めて重要であることから、上記避難施設にはこのように迅速にアクセスが可能である要素も必要である。

特開２００６−１１２０８９号公報

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、高さの想定できない大津波等の異常時においても可及的迅速にアクセスできるとともに確実に人命を救出することができ、平時においても有効に利用できることによって費用対効果に優れた道路と避難所を兼ねた道路体とこの道路体を具備するインフラ設備を提供することを目的としている。

前記目的を達成すべく、本発明による道路体は、橋脚上に支承され、浮力が作用した際に橋脚との係合姿勢が解除される道路体であって、平時には道路として供用され、橋脚上まで水位が上昇して浮力が作用する異常時には橋脚から係合解除されて浮体となり、水害からの避難所に供される、道路と避難所を兼ねたものである。

本発明の道路体は、平時には道路として供用され、異常時には水害からの避難所に供されるものであり、したがって、常にその供用が図られることで建設費や維持費と利用性や経済性に基づく費用対効果に優れた施設である。

ここで、本明細書において「異常時」とは水害の全般を示称するものであり、地震によって発生する津波（大地震による大津波が典型的）、高潮、大雨による洪水などを挙げることができる。

また、平時の用途となる「道路」とは、橋脚上で支承される高架道路の全般を示称するものであり、一般の自動車道路や高速道路、人道橋、駅舎とビルやビルとビルを繋ぐ立体横断道路などを挙げることができる。

本発明の道路体は、橋脚上に支承される高架構造となっていることで、浮力の作用によって道路体が橋脚との固定構造が解除されて浮体となり、水上の浮遊を可能とするものである。このことは、津波の高さによることなく、どのような高さの津波が襲来した場合であっても、道路体が浮体として浮遊し、一時避難所としての機能を確実に発揮できるものである。そして、高架構造ゆえに道路体に浮力が作用するまでの間に時間を要することから、高台として機能するものであり、したがって、想定レベルの津波等に対しては浮体となるまでもなく、避難所として機能することができる。

たとえば複数の橋脚上に複数の道路体が支承され、相互に繋がれて高架道路を形成してこれが平時に車道や歩道として利用される。

そして、大津波等の異常時において、橋脚上まで水位が上昇して道路体に浮力が作用した際には橋脚から係合解除されて浮体となり、水害からの避難所に供されることになる。

ここで、道路体と橋脚との支承構造としてセットボルト等を適用し、たとえば平時の風荷重等に対してはセットボルトによって係合姿勢が保証され、異常時の浮力が作用した際にはセットボルトが破断して係合解除できるような支承構造を例示することができる。

しかしながら、地震時に支承構造が破損してしまうと、大津波等による水位上昇で浮力が作用する前に道路体が橋脚から落橋し、避難所としての機能を発揮できなくなる危険性がある。したがって、橋脚上で道路体を支承する支承構造としては、耐震性能に優れた免震支承が望ましい。

免震支承の具体的構成は多岐に亘るが、浮力が作用した際に容易に支承構造が分離されて橋脚と道路体の係合解除がスムーズに実行できる実施の形態として、摩擦転がり免震支承を適用するのが好ましい。

この摩擦転がり免震支承は、半割り構造で内部に半円や半楕円、略半楕円の中空を具備する２つの分割体を組み付けた際にできる中空の内部で球体や楕円体などが転がりながら移動自在に収容されたものであり、２つの分割体のそれぞれが道路体の下面と橋脚の上面に固定されていて、地震時の水平力が橋脚や道路体に作用した際には、球体等の転がりによって上下の分割体が相対的に水平移動しながら球体と中空面の摩擦によって水平力を減衰し、最終的には球体等が中空の中央位置に落ち着くといった構成の免震支承である。この免震支承では、上下の分割体を相互に水平移動可能にたとえば双方の端部同士をゴム等の弾性材で繋いでおき、平時の風荷重等に対しては分割体相互の分離や浮き上がり等を防止でき、上記する浮力が作用した際にはこの弾性材が破断して分割体が分離し、道路体が橋脚から分離して浮体となって、その上に避難している人の避難所として水上を浮遊することが可能となる。

また、道路体は、直線状、曲線状、ループ状のいずれか一種の平面線形、もしくはこれらの組み合わせの平面線形を有するものである。

たとえば、ループ状の道路体に対して、その三方もしくは四方から直線状の道路体が連結された直線道路が繋がるような道路構造においては、ここに浮力が作用した際に、ループ状の道路体が浮体となり、さらに、直線道路や曲線道路を構成する一部もしくは全部の直線状の道路体や曲線状の道路体も浮体となってそれぞれが避難所を形成することができる。

特に、本発明では車道や歩道をなす道路体が異常時に避難所となることから、車道の場合には乗員が車から降りて迅速に直近の道路体に避難することができるし、歩道の場合には、高齢者や乳幼児を連れた子供や大人であっても速やかに直近の道路体に避難することができる。

また、道路体が浮体となるために、道路体はその一部に中空のボックスを具備する構造のもの、もしくは道路体の全部が中空のボックスである構造のものであることが、浮力を保証する観点から好ましい。

また、道路体は、その外周の一部もしくは全部に衝撃緩和部材が設けてあるのが好ましい。

道路体が浮体となって水上を浮遊している際に、橋脚やその他の構造物等と衝突した場合でも道路体の破損を抑止でき、さらには、衝突による衝撃を可及的に緩和して避難している人に付与される衝撃影響を最小限に抑制できるからである。

また、本発明はインフラ設備にも及ぶものであり、このインフラ設備は、橋軸方向に間隔を置いて配設される複数の橋脚と、そのうちの少なくとも一組の橋脚上で支承される前記道路体と、からなる高架構造の道路を具備するものである。

高架構造の道路の少なくとも一部に上記する道路体を具備するインフラ設備としては、既述するように、一般の自動車道路や高速道路、人道橋、ビルとビル等を繋ぐ立体横断道路などを挙げることができる。ここで、「橋軸方向」には、直線方向、曲線方向、ループ方向やこれらが組み合わされた方向などが含まれる。

そして、このようなインフラ設備を構成する高架構造の道路において、どの領域が避難所となり得る道路体であるかを容易に識別し、緊急時に速やかにそこに移動できるように、道路体のたとえば路面等にこれが避難所となることを知らせる目印が付してあるのが好ましい。

本発明のインフラ設備を構成する高架構造の道路が面的に整備されることにより、特に海岸沿いの平野部に人口が集中し、産業基盤が集中している日本においては、津波をはじめとする水害に強い産業立国の建設に繋がる。

以上の説明から理解できるように、本発明の道路体とこれを備えたインフラ設備は、想定できない高さの津波等をはじめとする水害に対して、迅速なアクセスを可能としながら確実に人命を救出できる一時避難所を提供することができ、さらには、平時においては道路として供用されることから、建設費や維持費とその利用性や経済性等に基づく費用対効果にも優れたものである。

本発明のインフラ設備の一実施の形態の模式図である。 図１のII部の拡大図であって、本発明の道路体の一実施の形態の模式図である。 （ａ）は図２のIIIa−IIIa矢視図であり、（ｂ）は図２のIIIb−IIIb矢視図である。 （ａ）は免震支承の一実施の形態の縦断面図であり、（ｂ）は地震時水平力を受けた際の免震支承の変位状態を説明した図である。 （ａ）は水位が上昇して道路体に浮力が作用した状態を説明した図であり、（ｂ）は浮力によって免震支承が分離され、橋脚から道路体が係合解除されて浮体となり、水上を浮遊している状態を示した図である。 図１のVI部の拡大図であって、本発明の道路体の他の実施の形態の模式図である。

以下、図面を参照して本発明の道路体とこの道路体からなるインフラ設備の実施の形態を説明する。なお、図示例の道路体は電気自動車道に供されるものであるが、本発明の道路体はこの用途に限られるものではなく、一般自動車道や高速道路、歩道など、道路全般を対象とするものである。

（インフラ設備）
図１は本発明のインフラ設備の一実施の形態の模式図である。同図で示すインフラ設備１００は、高架構造でループ状の道路体１０（ループ状の交差点をなしている）がビル群や駅舎等を具備する市街地において適所に配置され、各道路体１０に対して高架構造で直線状の道路体２０を含む直線道路が四方から、もしくは二方から繋がって高架構造の道路を構成したものであり、インフラ設備１００は市街地に面的に配置されている。

図示する道路は、高齢者移動のためのオンデマンドの地域シェア型の電気自動車道であり、したがって、交差点をなすループ状の道路体１０の直線道路との交差部には信号機が不要となっている。そして、高架構造の道路を構成する道路体１０，２０は鋼製（Ｓ構造）、もしくはプレキャストコンクリート製（ＲＣ構造）、もしくはそれらの合成構造からなり、同様に、鋼製もしくはプレキャストコンクリート製の橋脚３０上に道路体１０，２０が支承されてインフラ設備１００が構成されている。

なお、道路体の線形は、図示するループ状や直線状のもの以外にも、曲線状、直線と曲線の組み合わせ形状など、多様な線形のものが存在する。

インフラ設備１００を構成する高架構造の道路の構成要素である道路体１０，２０は、平時においては図示するように電気自動車道として供用される一方、大津波等の異常時においては、後述するように、水位の上昇にともなってそれらが浮力を受けた際に支承されている橋脚３０から係合解除され、それらが浮体となって水上を浮遊しながら一時避難所として機能することになる。

すなわち、地震による大津波や洪水といった自然災害に見舞われたいわゆる異常時においては避難所として人命救助に供され、平時においては道路として供されることから、建設費や維持費とその利用性や経済性等に基づく費用対効果に優れたインフラ設備である。以下、インフラ設備１００を構成する道路体１０，２０を詳述する。

（道路体の実施の形態１）
図２は図１のII部の拡大図であって、本発明の道路体の一実施の形態の模式図であり、図３ａは図２のIIIa−IIIa矢視図であり、図３ｂは図２のIIIb−IIIb矢視図である。なお、図２には、道路体の実施の形態１に相当するループ状の道路体に対して四方から繋がる、後述する道路体の実施の形態２に相当する直線状の道路体を具備する直線道路の一部も図示されている。

ループ状の道路体１０には、その路面に電気自動車給電用電線Ｒが埋設されており、この給電用電線Ｒから電気自動車ＥＶに電磁共鳴方式で給電されるようになっている。

その断面形状は、図３ａで示すように、断面が半楕円形をなし、かつ中空Ｇを有したボックス構造となっている。

この中空Ｇは、道路体１０が浮体として機能する際に十分な浮力が得られる大きさに設定されている。また、道路体１０が中空Ｇを具備しながらも、十分な剛性を有するように、中空Ｇ内には必要に応じて不図示のリブが突設されている。

さらに、ループ状の道路体１０の外周には、ゴムやウレタンからなる衝撃緩和部材４０（防弦材）が装備されており、道路体１０が浮体となって水上を浮遊している際に、橋脚やその他の構造物等と衝突した場合でも道路体１０の破損をこの衝撃緩和部材４０で抑止でき、さらには、衝突による衝撃を可及的に緩和して避難退避している人に付与される衝撃影響を最小限に抑制できるようになっている。

また、図３ｂで示すように、道路体１０は橋脚３０の水平部上で２基の免震支承５０で支承されている。

ここで、図４ａ，ｂを参照して免震支承５０の構造や作用を概説する。図４ａは免震支承の一実施の形態の縦断面図であり、図４ｂは地震時水平力を受けた際の免震支承の変位状態を説明した図である。

図４ａで示すように、免震支承５０は摩擦転がり免震支承であり、半割り構造で内部に略半楕円の中空を具備する２つの分割体５１，５２を組み付け、内部に形成される略楕円形の中空Ｇ’内に鋼球５３が転がりながら中空Ｇ’内を移動自在に収容されており、双方の端部同士がゴム等の弾性材５４で繋がれてその全体が構成されている。

２つの分割体５１，５２のうち、分割体５１は道路体１０の下面に固定され、分割体５２は橋脚３０の上面に固定されている。

この免震支承５０にて橋脚３０上に道路体１０が支承された構造に対し、図４ｂで示すように地震時の水平力Ｈが作用した際には、水平力Ｈによって上下の分割体５１，５２が相対的に水平移動し、弾性材５４が伸びる過程で鋼球５３が転がりながら（Ｘ方向）中空Ｇ’面との間の摩擦力Ｑによって水平力Ｈが減衰し、最終的には鋼球５３が中空Ｇ’の中央位置に落ち着いて図４ａの平時の状態に戻るものである。

この免震支承５０では、上下の分割体５１，５２が図示するように相互に水平移動可能となっており、平時の風荷重等に対しては分割体５１，５２を繋ぐ弾性材５４の引張耐力によって双方が分離しないようになっている。

その一方で、図５ａで示すように大地震による大津波等の異常時において、水位が急激に上昇して道路体１０が浮力Ｆを受けた際には、弾性材５４は積極的に破断して分割体５１，５２が分離し、図５ｂで示すように道路体１０が橋脚３０から分離して浮体となり、その上に避難している人の避難所となって水上を浮遊できるようになっている。すなわち、弾性材５４は、平時に受ける荷重（風荷重等）に対しては破断することなく、異常時に受ける浮力Ｆに対しては破断して分割体５１，５２が分離できるような強度を有するものである。

また、道路体１０が橋脚３０上で免震支承５０を介して支承されていることにより、地震時に支承構造が破損し、大津波等による水位上昇で浮力が作用する前に道路体１０が橋脚３０から落橋し、避難所としての機能を発揮できなくなるという危険性は極めて少ない。

（道路体の実施の形態２）
図６は図１のVI部の拡大図であって、本発明の道路体の他の実施の形態の模式図である。

図示する直線道路は、直線状の橋軸方向に間隔を置いて配された複数の橋脚３０の上に、異常時に浮体となる直線状の道路体２０と、浮体とならない従来構造の道路体２０Ａが交互に配設され、相互に繋がれた構成の道路である。

ループ状の道路体１０と同様に、直線状の道路体２０も中空Ｇを具備したボックス構造を呈しており、所要の浮力が得られるようになっている。また、その両側面に衝撃緩和部材４０が装備されている。

さらに、図示する直線道路においては、どの領域に浮体機能を有する道路体２０があるのかを容易に識別し、緊急時に速やかにそこに避難できるように、道路体２０の路面に「避難領域」等のマーキングからなる目印Ｍが付してある。

以上で説明するように、橋脚３０上に免震支承５０を介して支承された道路体１０，２０から構成される高架構造の道路（インフラ設備１００）によれば、平時には電気自動車道に供され、大津波等の異常時において道路体１０，２０が浮力を受けた際にはこれらが浮体となって水上を浮遊し、一時避難所として機能することになる。したがって、平時にインフラ設備１００を使用していた高齢者をはじめとする多数の人間は、このインフラ設備１００の一部がそのまま避難所となることから短時間に当該避難所にアクセスすることができ、もって多くの人命救助を期待することのできるインフラ設備となる。

また、異常時のみならず、平時も道路に供用されることから、建設費や維持費とその利用性や経済性等に基づく費用対効果に優れたインフラ設備であり、したがって、東北地方太平洋沖地震を経験した日本の復興計画の一助となり得るものである。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１０，２０…道路体、３０…橋脚、４０…衝撃緩和部材、５０…免震支承、５１，５２…分割体、５３…鋼球（球体）、５４…弾性材、１００…インフラ設備、Ｇ…中空、Ｇ’…中空、Ｍ…目印、Ｆ…浮力、Ｈ…地震時水平力

Claims (7)

1. 橋脚上に支承され、浮力が作用した際に橋脚との係合姿勢が解除される道路体であって、
   平時には道路として供用され、
   橋脚上まで水位が上昇して浮力が作用する異常時には橋脚から係合解除されて浮体となり、水害からの避難所に供される、道路と避難所を兼ねた道路体。
2. 免震支承を介して橋脚上に支承される請求項１に記載の道路体。
3. 直線状、曲線状、ループ状のいずれか一種の平面線形、もしくはこれらの二種以上が組み合わされた平面線形を有する請求項１または２に記載の道路体。
4. 前記道路体は少なくともその一部に中空のボックスを有する請求項１〜３のいずれかに記載の道路体。
5. 前記道路体は、その外周の一部もしくは全部に衝撃緩和部材が設けてある請求項１〜４のいずれかに記載の道路体。
6. 橋軸方向に間隔を置いて配設される複数の橋脚と、そのうちの少なくとも一組の橋脚上で支承される請求項１〜５のいずれかに記載の道路体と、からなる高架構造の道路を具備するインフラ設備。
7. 前記高架構造の道路のうち、前記道路体にはこれが避難所となることを知らせる目印が付してある請求項６に記載のインフラ設備。

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